wyk ad 12 13 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Wykład 12 - 13 PowerPoint Presentation
Download Presentation
Wykład 12 - 13

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 34

Wykład 12 - 13 - PowerPoint PPT Presentation


  • 179 Views
  • Uploaded on

Wykład 12 - 13. Kinetyczna teoria gazów. Temperatura, ciepło, I zasada termodynamiki. Przemiany gazowe. Opis makroskopowy i mikroskopowy. Opis fenomenologiczny temperatura (zerowa zasada termodynamiki) ciepło i praca (pierwsza zasada termodynamiki) prawa gazowe

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Wykład 12 - 13' - beryl


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
wyk ad 12 13

Wykład 12 - 13

Kinetyczna teoria gazów. Temperatura, ciepło, I zasada termodynamiki. Przemiany gazowe.

opis makroskopowy i mikroskopowy
Opis makroskopowy i mikroskopowy
  • Opis fenomenologiczny
    • temperatura (zerowa zasada termodynamiki)
    • ciepło i praca (pierwsza zasada termodynamiki)
    • prawa gazowe
    • procesy odwracalne i nie odwracalne (druga zasada termodynamiki)
  • Opis mikroskopowy – fizyka statystyczna
    • kinetyczna teoria gazów
    • temperatura jako średnia energia kinetyczna
    • entropia (trzecia zasada termodynamiki)
temperatura
Temperatura
  • Intuicyjne pojęcia „zimno”, „ciepło”,
  • w fizyce będziemy mówić „niska” i „wysoka” temperatura,
  • pojęcie „ciepło” jest inna wielkością o wymiarze energii;
  • Istnieje taka wielkość, nazwiemy ja temperaturą, która ma te własność, że ciała pozostawione ze sobą w kontakcie mają tę samą temperaturę.
  • Temperaturę mierzymy:
    • za pomocą temperatur charakterystycznych
    • za pomocą liniowych zależności różnych wielkości fizycznych od temperatury.
pomiar temperatury temperatury charakterystyczne
Pomiar temperatury – temperatury charakterystyczne
  • temperatura zamarzania wody (0 o Celcjusza)
  • wrzenie wody (100oCelcjusza)
  • temperatura ciała ludzkiego (100oFarenheita)
  • zamarzanie mieszaniny salmiaku i wody (0oFarenheita)
  • skraplanie powietrza (azotu) (-192o Celcjusza)
  • punkt potrójny wody (0.01 o Celcjusza)
  • Temperatura zera bezwzględnego (-273.15 oCelcjusza)
pomiar temperatury termometry
Pomiar temperatury - termometry
  • Rozszerzalność liniowa cieczy – termometr rtęciowy, termometr alkoholowy
  • Termometr gazowy
  • istnieje temperatura zera bezwzględnego
termometry
Termometry
  • oparte na zjawisku rozszerzalności cieplnej
    • cieczowy
    • gazowy
    • bimetale
  • elektryczne
    • oporowe, R(T): metale i półprzewodnikowe termistory,
    • termopary (U(T))
  • termokolory
  • pirometry – widmo świecenia ciał
  • topniki (parafina w silniku samochodowym)
rozszerzalno cieplna cia
Rozszerzalność cieplna ciał
  • współczynnik rozszerzalności linowej
  • współczynnik rozszerzalności objętościowej
  • związek

gaz doskonały b=36.61 10-4/K szkło a=0.10 10-4/K

woda (20oC) b= 2.07 10-4/K kwarc a=0.04 10-4/K

metanol b= 12.0 10-4/K miedź a=0.16 10-4/K

zadania
Zadania
  • dlaczego b=3a
  • dlaczego dla gazu doskonałego b=36.61 10-4/K
  • o ile wydłuży się pręt miedziany przy podgrzaniu o 100oC
  • Czy w termometrze metylowym możemy pominąć rozszerzalność szkła?
  • Mocowanie trzpieni stalowych:
    • a=0.1 10-4/K,
    • moduł sprężystości Younga Y=300 GPa
    • rożnica temperatur 300oC:
ciep o i praca formy przekazywania energii
Ciepło i praca:formy przekazywania energii

Pierwsza zasada termodynamiki

(zasada zachowania energii)

U-energia wewnętrzna układu

W- praca wykonana nad układem

Q – ciepło dostarczone do układu

c- ciepło właściwe

joul i kaloria mechaniczny r wnowa nik ciep a
Joul i kaloria,mechaniczny równoważnik ciepła
  • Ciepło pracę i energię wyrażamy w jednostkach energii: Joulach (J)
  • Historycznie dla ciepła używano kalorii

1 kcal=1000 cal=4186 J

1J=0.24 cal

przewodnictwo cieplne forma przekazu ciep a
Przewodnictwo cieplne,forma przekazu ciepła.
  • - współczynnik przewodzenia ciepła

cegła l=0.5 W/m/K

drewno l=0.2 W/mK

słoma l=0.06 W/m/K

styropian l=0.04 W/m/K

formy przekazu ciep a
Formy przekazu ciepła
  • przewodnictwo cieplne
    • dyfuzja gorących cząstek w gazach
    • transport (dyfuzja) gorących elektronów w metalach
    • rozchodzenie się (dyfuzja) drgań sieci.
    • każda granica ośrodków jest bariera dla przewodzenia ciepła
  • konwekcja - dominuje w gazach
    • wąska szpara miedzy szybami
    • futro
    • styropian
  • promieniowanie (fizyka kwantowa)
    • folie odbijające
kalorymetria bilans cieplny
Kalorymetria,bilans cieplny.
  • ciepło właściwe
  • ciepło topnienia (w stałej temperaturze)
    • pobierane przy topnieniu
    • oddawane przy krzepnięciu
  • ciepło parowania (w stałej temperaturze)
    • pobierane przy parowaniu
    • oddawane przy skraplaniu.

Jeśli W=0 to Qoddane=Qpobrane

Ile lodu mx o temperaturze T0 =0oC należy wrzucić

do 1 litra (m0=1kg) wody o temperaturze 20oC

aby uzyskać temperaturę Tk =5oC.

cm=4200 J/(kgK), ct=330 000 J/kg

praca wykonana nad uk adem
Praca wykonana nad układem

Praca zależy od szczegółów cyklu, (drogi na wykresie p-V) a nie tylko od stanu początkowego i końcowego.

Energia wewnętrzna jest funkcją stanu początkowego i końcowego.

Jaki jest konieczny zestaw parametrów?

Przy ściskaniu wkładamy pracę,

zwiększamy energię wewnętrzną,

ale układ może oddawać ciepło.

ciskanie izotermiczne i adiabatyczne
Ściskanie izotermiczne i adiabatyczne
  • Szybkie ściskanie, bez wymiany ciepła z otoczeniem powoduje wzrost temperatury.
  • Ściskanie izotermiczne musi być bardzo powolne
  • Ściskanie adiabatyczne wymaga większej pracy, bo część włożonej energii potrzebna jest na podgrzanie.
  • Rozprężanie adiabatyczne chłodzi gaz.

ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu i stałej objętości.

o ile ogrzeje si pr t stalowy gdy ci niemy go o jeden procent
O ile ogrzeje się pręt stalowy gdy ściśniemy go o jeden procent?

moduł sprężystości Younga Y=300 GPa

ciepło właściwe c=400 J/kgK

gęstość r=7500 kg/m3

opis fenomenologiczny do wiadcze
Opis fenomenologicznydoświadczeń
  • prawo Boyle’a (T=const)
  • prawo Charles’a (p=const)
  • prawo Clapeyrona (V=const)

Równanie stanu gazu

R=8.32 J/(mol K) - stała gazowa

gaz doskona y
Gaz doskonały
  • Cząsteczki punktami materialnymi, a przynajmniej objętość cząstek znacznie mniejsza od objętości gazu;
  • duża liczba cząstek – możemy (musimy) stosować opis statystyczny;
  • brak oddziaływania cząstka-cząstka, a jeśli występują zderzenia to są elastyczne;
  • chaotyczny ruch cząstek.

ciśnienie – średnia siła ścianek, potrzebna do zmiany pędu cząstek przy odbiciu;

temperatura – miara energii kinetycznej cząstek.

ci nienie

średnia siła x czas= zmiana pędu

Ciśnienie
  • objętość - l3
  • n cząstek o masie m
  • zmiana pędu jednej cząstki przy pojedynczym odbiciu
  • zmiana pędu jednej cząstki w jednostce czasu (na jedną ścianę)
  • ciśnienie
pr dko termiczna cz stek rednia
Prędkość termiczna cząstek (średnia)
  • skaluje się z odwrotnością pierwiastka masy,
  • energia kinetyczna prawie taka sama dla cząstek o różnych masach,
  • prędkość cząstek bliska szybkości rozchodzenia się dźwięku  mało zderzeń
temperatura1
Temperatura

Dla jednego mola

Temperatura:podwojona energia na jeden stopień swobody/stała kB

energia wewn trzna i ciep o w a ciwe
Energia wewnętrzna i ciepło właściwe

Ciepło właściwe przy stałej objętości

ciep o w a ciwe gazu
Ciepło właściwe gazu

Stopnie pokazują istnienie efektów kwantowych

momenty swobody
Momenty swobody
  • punkt materialny – 3
  • sztywna cząstka 2-atomowa – 5
  • większa drobina – 6
  • dwa drgające atomy – 7

Zasada ekwipartycji energii

r wnanie adiabaty

Warunek adiabatyczności

Równanie adiabaty

równanie stanu gazu

 równanie adiabaty

i zasada i r wnanie stanu gazu przemiana izochoryczna
I zasada i równanie stanu gazuprzemiana izochoryczna

równanie stanu gazu

praca

pobrane ciepło

energia

i zasada i r wnanie stanu gazu przemiana izobaryczna
I zasada i równanie stanu gazuprzemiana izobaryczna

równanie stanu gazu

praca

pobrane ciepło

energia

i zasada i r wnanie stanu gazu przemiana izotermiczna
I zasada i równanie stanu gazuprzemiana izotermiczna

równanie stanu gazu

praca wykonana przez gaz

energia wewnętrzna

pobrane ciepło

i zasada i r wnanie stanu gazu przemiana adiabatyczna
I zasada i równanie stanu gazuprzemiana adiabatyczna

równanie stanu gazu

równanie adiabaty

praca wykonana przez gaz

pobrane ciepło

energia wewnętrzna

przemiany prawa gazowe
Przemiany (prawa) gazowe
  • izobaryczna, p=const VaT
  • izotermiczna T=const Pa1/V
  • izochoryczna V=const PaT
r wnanie stanu gazu w r wnowadze termodynamicznej
Równanie stanu gazu w równowadze termodynamicznej:
  • n ilość moli
  • R –stała gazowa (uniwersalna dla gazu doskonałego)

parametry stanu, p,V,T

Równowaga termodynamiczna:podukładu (jednorodne parametry stanu) podukładu z otoczeniem (równe temperatury) statyczna (po nieskończonym czasie) w trakcie procesu

  • funkcje stanu
  • p, V, T
  • energia wewnetrzna, U
  • entropia

Ciepło i praca

nie są funkcjami stanu!